基于创新型人才培养的采矿专业DIY模型教学实践

李建忠+赵国贞+邢存恩+弓培林

摘要：针对采矿工程专业学生空间概念薄弱和动手能力差的不足，以学生为中心，与实践相结合，建立“课堂模型实践—课内学习—课外DIY模型—课后讲评”的DIY模型实践教学模式。实践证明，采矿专业采用DIY模型实践教学模式，促进了采矿专业创新人才的培养，取得了良好的教学效果。

关键词：采矿专业；创新型；人才培养；DIY模型；教学模式

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）49-0200-03

采矿工程专业以培养工程实践强，应用创新型工程技术人才为目标，要求学生不仅具有扎实的专业基础知识和突出的工程实践能力，而且应具备很强的创新意识和创新能力。如何培养采矿专业学生的实践能力和创新能力是近年来各矿业类高等院校一直在探索的课题，为此各高校积极开展实践教学改革，改进实践教学体系，加强创新性实践教育，对提高学生的实践创新能力产生了积极影响[1-3]。近年来，太原理工大学采矿工程專业改革实践教学模式，以培养学生的实践创新能力为目标，采用DIY模型实践教学模式，取得了良好的教学效果。

一、DIY理念与采矿专业教学

（一）DIY理念

DIY是英文“Do It Yourself”的缩写，意思是“自己动手做”。现在DIY作为一种理念，泛指不通过专家和专业人士的帮助，自己修理、改造、制造或创造一样东西的过程，DIY理念强调培养自己动手的能力和享受自己动手的成果[4]，已经在很多领域得到了推广和应用，涉及到生活的各个层面，包括房屋修葺、汽车维修、电脑组装、服装设计、手工制作等。

目前，DIY已经作为一种理念融入到教育教学中，特别是在大学教育中，DIY教育理念的引入有利于加强学生实践能力和创新能力的培养，DIY精神与学生旺盛的求知欲相结合，符合以学生为中心和与实践相结合的教育理念，促使学生从知识的消费者转变为创造者，促进创新型人才的培养。

（二）采矿专业教学特点

采矿专业属于实践性很强的专业，专业课程的学习需要很强的空间立体想象能力。结合培养目标和市场需求，我校一直比较重视实践教学环节的实施。但在近几年教学实践中发现，现在的学生在专业课程学习中空间感较差，想象力不足，普遍存在从书本到书本、动手能力差等问题。空间思维能力是采矿人才必备的专业素质，传统的实践教学模式使学生难以建立采矿方法中各种工程的三维空间概念，无法有效掌握其空间和功能上的相互关系[5]，不利于学生创新思维的开发。分析其原因，主要有以下三个方面。

1.学习兴趣不高。学生学习专业课程的积极性和主动性不高，虽然教师上课也采用多媒体课件和三维动画等方式，但学生更多的是被动接受知识，觉得专业知识枯燥乏味，缺乏学习的兴趣。

2.实习质量不高。近年来由于许多矿山企业考虑生产和安全等因素，不愿接受学生到现场实习，致使实习无论是时间还是质量都难以满足要求[6]，影响了学生对专业课程的学习和理解。

3.动手能力不足。获取知识最直接有效的途径是亲身经历或实践操作，对于实践性要求很高的采矿专业，参观模型或现场实习更多的是走马观花，学生没有真正的动手机会，三维空间概念难以建立，由此导致创新意识薄弱。

（三）DIY理念与采矿专业实践教学结合

鉴于采矿专业课程学习特点，针对学生动手能力差和空间概念薄弱的现状，采矿工程专业在教学过程中增加学生DIY模型实践环节，即在讲授专业课程时，布置课外作业，让学生自行分组，自己动手设计、选材、制作专业模型。将DIY精神融入到采矿专业教学中，充分发挥学生的主观能动性，激发他们探索知识的兴趣。通过制作模型，加深学生对专业知识的理解，培养学生的动手能力和创新能力，促进创新人才的培养。

二、采矿专业DIY模型实践教学

（一）采矿专业DIY模型类型

DIY模型应与采矿专业相关。传统意义上的采矿模型一般是指物理模型，随着计算技术的发展，现代采矿模型除了物理模型，还包括数字模型、数学模型和学习模型等。

1.物理模型。物理模型是使用木材、塑料、泡沫、机械部件、电子元件、装饰件等材料制作成展现矿体开采空间或生产过程的仿真模型，如矿井生产系统模型、采煤方法模型、井底车场模型、回采工艺模型、采掘机械模型等，物理模型可以直观表达认识对象的特征，主要用于观察和理解。

2.数字模型。数字模型是借助商业软件，以三维的手法进行建模，模拟出一个三维实体或场景，可自由观察、漫游甚至操作。如利用Surpac、3Dmine、Minecraft、AutoCAD等软件建立的地下开采三维模型，利用虚拟现实软件制作的数字矿山模型等。数字模型充分利用计算机和多媒体技术，能够更方便地观察矿山三维空间关系，甚至亲自操作虚拟设备，不仅可用于观察和理解，还可学习操作性和实践经验，是采矿类模型制作的发展趋势。

3.数学模型。数学模型是通过数学方法、理论或实验建立的各种表达采矿问题的模型，如露天矿排土场容量计算模型、巷道稳定性分析模型、采煤方法选择模型、矿井通风网络优化模型等。数学模型的建立需要扎实的数学基础，对专业知识要有较深刻的理解，还必须具备一定的实践经验，对本科生来说具有一定的难度。

4.学习模型。学习模型是主要用于学习、交流、演示与采矿专业有关的模型，如VCR视频、动画、课件、学习网站、手机APP等。学习模型的主要功能就是学习，形式多样，题材广泛，便于制作。

（二）DIY模型实践教学方法

1.采矿专业DIY模型教学模式。按照辩证唯物主义认识论“实践—认识—再实践—再认识”的认识规律，借鉴DIY理念，以学生为中心，与实践相结合，在采矿专业课程教学过程中，建立“课堂模型实践—课内学习—课外DIY模型—课后讲评”的DIY模型实践教学模式，即学生先通过课堂上观看教学模型初步实践，教师讲解专业知识，学生学习达到认知，再通过学生课外DIY模型进行再实践，最后经过DIY模型讲评，学生认识水平提高。

DIY模型教学模式与传统的教学模式不同的是增加了学生DIY模型实践教学环节和DIY模型讲评环节，学生通过自己动手设计制作模型，有了从认识到实践的机会，再经过讲评环节，进一步认识采矿三维空间关系，促进对专业知识的深刻理解。

2.DIY模型教学过程。教师在教学过程中，如在讲授《采矿学》专业课程时，首先，在课堂上让学生观察采矿平面图、剖面图、三维教学模型等，再经过讲解，在学生头脑中建立煤矿工程三维空间和生产工艺的基本概念；其次，在授课期间，教师布置DIY模型作业，作为课程考核的内容之一，模型制作周期为课程授课期；学生以班级为单位，自行组合DIY小组，负责模型的选题、设计、选材、制作等，教师负责指导；最后，在学生制作完成模型后，设置模型讲评环节，要求学生介绍模型创意、模型功能、DIY模型过程等，教师根据各小组完成情况评定成绩。

（三）DIY模型实践教学运行

1.DIY模型制作说明。在布置DIY模型作业时，需要制定以下原则，作为学生制作模型的依据：（1）围绕采矿专业问题建模，不局限于书本已有教学模型；（2）模型类型不限，主要类型包括物理模型、数字模型、数学模型和学习模型，可根据小组成员的能力和兴趣自由选择；（3）自由组合DIY小组，每组成员3—4名，小组内需分工明确；（4）模型制作需要考虑经济成本，尽量选择低碳绿色环保材料；（5）指导教师根据模型的创新性、理论性、完整性、可观性等特点评定成绩；（6）推荐优秀作品参加全国高等学校采矿工程专业学生实践作品大赛。

2.DIY模型教学实践。太原理工大学已在采矿专业四届学生中实行DIY模型实践教学模式，模型从最初简单的物理实物模型到现在复杂的大型煤矿三维立体场景、可控制的综采工作面生产系统、矿井煤炭运输演示系统、采矿专业学习交流网站等，涉及到的知识不仅包括采矿专业，还包括机械、电气、计算机、美术等专业。

在学生DIY模型之前，教师要在课堂上讲授模型制作的基本原则和基本方法、制作各类模型所需要的知识和技能储备、介绍制作过程中所需要的材料和工具以及注意事项，对学生作适当的引导。

在模型讲评环节中，学生走上讲台讲解、展示自己的作品，并介绍模型的制作过程和分工合作情况，根据模型的完成情况，教师和学生共同点评。

在学生完成DIY模型作业后，选拔动手能力强、专业知识学习扎实、计算机水平高的同学组队参加全国高等学校采矿工程专业学生实践作品大赛。近年来，我校多次组队参加该项赛事，取得了优异成绩。

经过几年的教学实践，DIY模型实践教学模式已经在采矿专业教学中形成良性循环，有力地促进了课程改革、实践教学体系建设、科技创新活动和学科竞赛的开展，得到教师和学生们的普遍认可。

三、DIY模型实践教学对学生能力的培养

（一）主动学习和解决问题能力

创新人才培养需要学生学会主动思考、主动学习和主动实践[7]，DIY模型实践教学模式就是以学生为中心，以培养创新人才为目标。学生DIY模型时需要主动思考制作模型的每一个环节，在此过程中，主动学习制作模型所涉及到的各种知识，主动发现问题，解决问题，探索知识，加深对知识的理解和综合运用，培养空间理解和想象能力，提高了主动学习和解决问题的能力。

（二）实践操作和创新能力

DIY模型实践教学立足于理论与实践相结合，突出教学过程的实践环节，强调在实践中学习，实践教学的真正内涵就是培养学生动手能力、科研能力、适应能力和创新能力为代表的综合素质[8]。这种教学模式给学生提供了理论联系实际和自己动手的机会，极大地激发了学生的学习热情和创新潜能，学生制作模型不是简单的模仿，而是包含着自己的思想，如有的学生利用针管制作液压支架的油缸，彩色墨水作为液压油，自行设计液压系统，实现了液压支架的升降动作。DIY模型实践教学模式提高了学生的动手能力，增强了学生的创新意识，使实践与创新相结合，突出创新精神和实践能力的培养。

（三）交流和团结合作能力

DIY模型是由小组成员共同完成的，小组内有的同学观察能力强，有的同学动手能力强，有的同学组织能力强，制作模型需要根据各个组员的特点，分工合作，发挥每个组员的长处。DIY小组在合作过程中需要充分的交流和沟通，相互促进，要有团队精神，团队精神是大局意识、协作精神和奉献精神的集中体现[9]，只有团结合作，各尽所长，相互促进，才能出色完成DIY模型任务。

四、结束语

加强学生创新意识和实践能力培养，是当前高等教育教学改革的重要内容之一，采矿专业采用DIY模型实践教学模式，充分调动学生的积极性和主动性，激发了学生学习专业知识的热情，为学生提供了动手实践的机会，使实践与创新相结合，培养了学生的学习能力、解决问题能力、综合运用知识能力、空间想象能力、创新能力、动手能力和团队合作能力等。经过几年的教学实践，DIY模型实践教学模式深得老师和学生们的认同，促进了采矿专业创新人才的培养，取得了良好的教学效果。

参考文献：

[1]郑春龙，邵红艳.以创新实践能力培养为目标的高校实践教学体系的构建与实施[J].中国高教研究，2007，（4）：85-86.

[2]张东升，屠世浩，张利先等.基于学科优势的采矿工程专业创新人才全過程培养[J].煤炭高等教育，2010，28（3）：105-107.

[3]王天龙，胡传坤，伊松林，高建民.“模型制作”课“互动—实践”式教学模式的探索[J].中国林业教育，2011，29（6）：61-63.

[4]祝智庭，孙妍妍.创客教育：信息技术使能的创新教育实践场[J].中国电化教育，2015，（1）：14-21.

[5]魏德州，王青，顾晓薇等.采矿工程专业创新型人才培养教学体系建设与实践[J].教育教学论坛，2011，（30）：149-152.

[6]李占金，李示波，孙光华.采矿工程专业应用型人才实践教学模式[J].河北联合大学学报（社会科学版），2012，12（4）：65-67.

[7]李金昌，林家莲.实践教学与学科竞赛相结合，促进创新人才培养[J].实验技术与管理，2011，28（11）：1-3.

[8]孙伟民.大力加强实践教学提高人才培养质量[J].中国大学教学，2006，（30）：42-43.

[9]刘力红，张东速.以设计竞赛为载体，促进学生综合素质提高[J].安徽理工大学学报（社会科学版），2010，12（2）：85-87.